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Vorrichtungsfreies Fügen in smarten Rohbauzellen

Magnetlösung von SchmalzDer Greifer packt schwer und heiß

Schmalz Magnetgreifer

Die neue Magnetgreifer-Baureihe SGM-HP/-HT von Schmalz wurde speziell für die Handhabung von Lochblechen, gelaserten Teilen, Blechen mit Bohrungen und Ausschnitten sowie anderen ferromagnetischen Werkstücken entwickelt.

 

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Vorrichtungsfreies FügenVorrichtungsfreies Fügen in smarten Rohbauzellen

Projekt Smart Body Synergy. Zur Senkung der Anlaufkosten von Fahrzeugderivaten mit niedriger Stückzahl wird im Karosserierohbau in Werkstattfertigung das vorrichtungsfreie Fügen in den geometriebildenden Zellen eingeführt.

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Fügezelle

Im Automobilbau findet eine Entwicklung hin zu einer großen Modellvielfalt statt, die hohe Anforderungen an die Flexibilität der Fertigungsanlagen stellt. Die Einführung elektrisch angetriebener Fahrzeuge wird diesen Trend weiter verschärfen, da die Karosserien dieser Fahrzeuge an das geänderte Antriebskonzept angepasst sein müssen um optimalen Komfort und Fahrspaß zu bieten. Die Anpassungen des Fahrzeugs an den elektrischen Antrieb führen dazu, dass an mehreren Stellen in der Produktion Abweichungen zu den parallel hergestellten Verbrennerfahrzeugen entstehen, die in der klassischen Produktionslinie Verzweigungen erfordern. Die Elektrofahrzeuge müssen an diesen Stellen als eigenes Derivat betrachtet werden und erhöhen die Variantenvielzahl enorm. Um Derivate mit geringer Stückzahl trotzdem kosteneffizient zu produzieren, wird im Projekt Smart Body Synergy eine Alternative zum starr verketteten linearen Karosserierohbau erarbeitet. Ein wichtiges Element hierbei ist die Flexibilisierung der geometriebildenden Zellen durch intelligenten Robotereinsatz. Das wbk Institut für Produktionstechnik arbeitet im Projekt mit Daimler, FFT Produktionssysteme, Isra Vision, Schmalz, Flexis und dem Lehrstuhl Automatisierungstechnik der BTU Cottbus-Senftenberg zusammen.

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Für die Umsetzung des Konzeptes in einer Art Werkstattfertigung im Karosserierohbau werden die klassischen räumlichen Strukturen mit aufeinanderfolgenden Stationen für Geometriebildung und Ausfügen aufgelöst. Stattdessen sollen für mehrere Bauteile einsetzbare geometriebildende Stationen, flexible Ausfügestationen und ein Teilesupermarkt räumlich gruppiert angeordnet werden. Für den Transport der Teile zwischen den einzelnen Bereichen und Zellen des Konzepts sind flexible Transportsysteme vorgesehen.

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Vorrichtungsfreies Fügen
Zur Flexibilisierung der geometriebildenden Fügezellen (Geozellen) wird vom wbk des KIT der Ansatz des vorrichtungsfreien Fügens verfolgt. Hierbei soll auf bodengebundene Vorrichtungen verzichtet werden. Diese machen den Austausch von Funktionen zwischen verschiedenen Zellen aufwendiger und erschweren für das Fügewerkzeug den beidseitigen Zugang zu den Fügestellen. Zusätzlich müssen Vorrichtungen, in die beide Fügepartner eingelegt werden, bereits bei Variationen an einem der Fügepartner vollständig ausgetauscht werden. Beim vorrichtungsfreien Fügen werden die Teile innerhalb der Geo- und Ausfügezellen auf robotergebundenen Greiferrahmen mit Positionierstiften und Spannstellen fixiert. Die Derivate- und Prozessschrittflexibilität der Zellen wird durch einen Austausch der Greifer mit Schnellwechselsystem und Greiferregal, analog zu einem Werkzeugmagazin an einer Bearbeitungsmaschine, ermöglicht. Die Greifer werden im Konzept des wbk von den Robotern mithilfe eines kameragestützen Regelkreises präzise gegeneinander positioniert. An den Berührpunkten der zu fügenden Bauteile werden die Bauteile durch Spannelemente relativ zueinander fixiert. Anschließend wird mit dem optischen Messsystem die Einhaltung der Sollposition überprüft. Durch das Spannen in geprüfter Position wird sichergestellt, dass auch mit dem flexibleren Greifersystem die Anforderungen an die Genauigkeit der geometriebildenden Stationen erfüllt werden. Bei Anbringung aller Spannelemente an einem der beiden Bauteilgreifer kann für geeignete Bauteilpaarungen der zuführende zweite Greifer für den Fügevorgang vom Bauteil entfernt werden. Die Folge ist eine wesentlich verbesserte Zugänglichkeit für das Fügewerkzeug. Der Bauteilgreifer ohne Spannelemente wird durch den Wegfall von Funktionen variantenflexibler. Durch die Festlegung der Fügeposition durch einen kameragestützten Regelkreis ist diese von Bauteil zu Bauteil variabel. Es kann auf Maßabweichungen der Bauteile mit einer geänderten Fügeposition reagiert werden. Hierdurch werden zusätzliche Möglichkeiten für den Eingriff der Qualitätsregelung in den Prozess geschaffen. Ein Konzept zur Nutzung dieser Möglichkeiten wird von wbk und Isra Vision entwickelt.

Transportgreifer
Aufgrund des neuartigen Aufbaus des Karosserierohbaus müssen die Teile der verschiedenen Derivate an vielen Stellen ohne Spezialisierung auf eine bestimmte Baustufe des Fahrzeugs bewegt werden. Die Herausforderung an die Handhabungstechnik ist hierbei die Bewältigung eines großen Teilespektrums bei gesunkener Bereitstellungspräzision. Als bestes Beispiel hierfür dient die Übergabe eines beliebigen Blechbauteils von einem flexiblen Transportfahrzeug in eine Fügezelle. Möglich ist der Einsatz der Sauger-Cup Balance SSCB von Schmalz. Eine Herausforderung ist die Steuerung der verschiedenen, am Greiferrahmen montierten, flexiblen Elemente ohne die Komplexität der Roboteranbindung steigen zu lassen. Hierzu sollen intelligente Steuerungs- und Ventilinseln eingesetzt werden, die die Anbindung der Greiferrahmen mit wenigen Verbindungselementen ermöglichen.

Die entstehenden Freiheitsgrade durch die Taktauflösung im Rohbausystem werden durch die Entwicklung eines dezentralen Steuerungs- und Logistikkonzeptes für den Einzelstückfluss von wbk und Flexis ausgeschöpft. Die hierfür nötige Betrachtungsweise geht über die bisher existierenden Ansätze von Just-in-Time oder Just-in-Sequence hinaus und berücksichtigt zusätzlich den Ort des Werkstücks: Die Ansätze werden somit zu Just-in-Place erweitert.

Daniel Kupzik/pb


Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.)

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert, als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich.
Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: www.wgmhi.de.


wbk Institut für Produktionstechnik

Kurz erklärt: Das wbk Institut für Produktionstechnik
Das wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie forscht in den Bereichen der Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung, Produktionssysteme sowie der Fertigungs- und Werkstofftechnik. Unter der kollegialen Institutsleitung der Professoren Gisela Lanza, Jürgen Fleischer und Volker Schulze sind zurzeit etwa 110 Mitarbeiter beschäftigt. Sie arbeiten in den 5 Forschungsschwerpunkten des Instituts: Mikroproduktion, Leichtbaufertigung, Elektromobilität, Generative Fertigung, Industrie 4.0. Mit Industriepartnern erarbeitet das wbk in gemeinsamen Projekten Lösungen für vielfältige Themenstellungen der Produktionstechnik und entwickelt außerdem mit Blick in die Zukunft Methoden und Prozesse für die Produktion von morgen.
Weitere Informationen: www.wbk.kit.edu

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